一种抗雨雪冰冻常绿阔叶林营造林的方法

摘要

本发明涉及一种抗雨雪冰冻常绿阔叶林营造林的方法，属于山地森林生态系统环境保护领域，具体步骤为：选取沿海山地典型常绿阔叶林主要树种和常见树种，通过测定分析其反映植物抗机械损伤和低温环境的响应特征，利用层次分析法计算各物种的抗风抗冰冻相对能力（IE值），挑选适生物种；结合物种的地形生长偏好特性，再次筛选出适应不同立地条件的抗风优势物种；对所选物种通过造林、抚育和功能目标树培育等步骤，整体营造出具有较强抗雨雪冰冻能力的常绿阔叶林；本发明可准确选取适应不同山地环境的抗雨雪冰冻树种，较常规营造林方法具有造林树种抗冻性强，生长好，林分功能目标明确，成效高等优点，可用于雨雪冰冻山地的生态恢复造林。

说明书

技术领域

本发明属于山地森林生态系统环境保护领域，具体涉及一种抗雨雪冰冻常绿阔 叶林营造林的方法

背景技术

常绿阔叶林是我国森林资源的精华，是结构最复杂、群落最稳定、生物量较大、 生物多样性最丰富、生态功能最强的森林生态系统。保护和发展常绿阔叶林，不仅 对于维护国土安全、物种安全、气候安全、淡水安全、生存安全具有重大战略意义， 而且对实现中华民族永续发展具有深远的意义。

雨雪冰冻对森林和区域生态环境可以造成直接或间接的不良影响，如积雪和冰 凌的机械压迫会导致林木的技条断梢或倒伏，低温会致使林木冻死和冻伤。2008年 初，我国南方雨雪冰冻灾害发生时，南方18个省市林业受损面积达1860万hm²， 相当于全国林业面积的1/10，给我国亚热带森林生态系统可持续发展造成严重损害。 而我国当前造林营林评估多以林业部门的传统林木栽植经验为参考，判别林木特定 的生态功能方面存在不足，特别在营造林实践中，不能从植物的生态机制角度界定 植物群落的物种功能。雨雪冰冻灾害发生后，森林生态系统对冰冻灾害抵抗能力参 差不齐，显著降低森林生态系统对雨雪冰冻灾害整体防御能力。

林木功能性状可以界定植物的功能型，同时可以动态评价森林生态系统的结构 和特征。林木功能性状不仅客观表达了植物对环境的适应性，也能对生存环境的变 化产生响应，直接表征森林生态系统的特定功能。李青粉等(李青粉，王军辉，贾子 瑞等.丽江云杉天然种群针叶功能性状及其随海拔的变异[J].林业科学研 究.2013,26(6):781-785)通过研究丽江4种自然生云杉体内全碳、全氮、全磷含量以及 三针叶长度和宽度等参数来探讨云杉种群针叶功能性状及其随海拔的变异规律。路 兴慧等(路兴慧,丁易,臧润国等.海南岛热带低地雨林老龄林木本植物幼苗的功能性状 分析[J].植物生态学报.2011,35(12):1300-1309)利用植物的生理、形态和生活史等功能 性状特征，揭示出功能性状对对物种共存的影响机制。何春霞等(何春霞，李吉跃， 孟平等.4种高大树木的叶片性状及WUE随树高的变化[J].生态学 报.2013,33(18):5644-5654)通过对西双版纳北热带雨林四种高大树木叶片形态解剖结 构、光合色素、水分利用效率(WUE)等随冠层高度的变化及种间差异进行了研究， 探讨了叶片性状对通道阻力增长引起的水力限制增强及高光和季节性干旱等气候条 件的响应机制。阎恩荣等(阎恩荣,王良衍,李修鹏.基于树种功能性状改造浙东沿海低 山抗风雪冰冻防护林的效果[J].林业科学.2014,50(6):98-106)以浙江天童盘山台风和 冰冻雨雪灾后受损的柳杉林为改造对象，依据林木功能性状，初步筛选出具有抗机 械受损和抗寒能力优良的树种，但其研究对象主要为受损柳杉林，采取的措施主要 是对林地结构调整，仅配置了部分抗雨雪冰冻树种。更为重要的是，该研究未能区 分不同立地类型，没有涉及整体山地的不同立地条件，综合考虑整个区域雨雪冰冻 灾害后的生态造林。因此，研发出一套判别森林对雨雪冰冻灾害的防御能力的方法， 对于构建营造健康、安全和可持续的具有特定生态功能的林分具有重要作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有林业技术缺乏定量诊断树种抗冰冻雨雪 功能特性的现状，利用植物功能性状方法，提供一种抗冻和抗机械受损强，生长好， 林分功能目标明确，安全、稳定的常绿阔叶林营造技术，解决现有植被抵抗雨雪冰 冻灾害能力较弱的技术瓶颈，具体包括构建物种抗雨雪灾害能力数据库，筛选适生 物种、物种与环境优化配置、除草松土抚育、间伐以及后期目标功能树种培育等内 容。

本发明采用的技术方案如下：

一种抗雨雪冰冻常绿阔叶林营造林的方法，按照以下步骤进行：

(1)根据低山森林生态系统具有的典型性、脆弱性，以沿海山地地带性常绿阔叶 林主要组成树种或常见树种为造林对象，建立不同物种抗机械胁迫和抗雨雪冰冻的 数据库,在此基础上，利用层次分析法计算出不同物种抵抗雨雪冰冻不良环境的相 对能力值(IE值),物种IE值越大，其抗雨雪冰冻不良环境的相对能力越大；

(2)根据步骤(1)中获取的不同物种抵抗雨雪冰冻不良环境的相对能力值(IE 值)，初步筛选出抗雨雪冰冻的树种。同时结合不同物种的地形生长偏好特性，对 初筛物种进一步分类，再次利用层次分析法，进一步筛选出不同立地条件下适应抗 雨雪冰冻的最佳适生物种；

(3)根据步骤(2)中为不同立地条件下筛选出的适生物种，为不同立地优化配 置适生抗雨雪冰冻的适生物种；

(4)综合考虑种类配置、初植密度以及种植方法，整体形成完整山地的造林或林 分改造方案；

(5)对营造成型的抗雨雪冰冻林后期采取除草松土抚育、间伐以及后期目标功能 树种培育等抚育管理措施。

其中，步骤(1)中所述植物抗机械胁迫的功能性状包括植物干材密度、叶片单 叶面积、比叶面积、干物质含量、枝密度性状。

步骤(1)中所述植物抗冰冻的评价指标包括植物叶片电导率和树皮厚度。

步骤(2)中所述初步筛选出的抗雨雪冰冻树种IE频度加和值≥80％；

步骤(2)中所述物种的地形生长偏好性，地形包括山顶、坡面和坡谷三个坡位。

步骤(2)中所述筛选出不同立地条件下适应抗雨雪冰冻的最佳适生物种，其IE 频度加和值≥80％。

步骤(2)中所述初步筛选出抗雨雪冰冻树种方法主要依据不同物种抵抗雨雪冰 冻不良环境的相对能力值(IE值)的大小值进行排序。

步骤(4)中所述造林对象树种一般选择1-3年健康生长、长势旺盛、无病虫害 的乡土树种。

步骤(4)中所述造林对象的造林苗木为实生壮苗(I、II级苗)，苗木高度≥0.5cm， 顶芽饱满，苗干粗壮，地径≥1cm，造林时带小泥球，泥球长×宽×高规格为12×12×20 (cm)，采取当日起苗，当日造林，确保幼苗成活。

步骤(4)中所述造林或林分改造方案中不同立地小区造林初植密度分别为坡面 7800株/hm²；坡谷8000株/hm²；山顶8000株/hm²，造林时间为3月中旬至4月上 旬。

步骤(5)中所述抚育管理措施是指造林后连续4年对幼林进行除草、松土和扩 穴抚育，促进幼林林分郁闭。

步骤(5)中所述林分抚育后期管理中的透光伐的经营时间为11月下旬至12月 底，其强度≤10％，伐后林木剩余物仍放置林内，自然腐烂，保持功能目标树的适生 生长，使森林植物组成和立地条件朝着健康、稳定的演替方向发展。

本发明的有益效果：

1.建立沿海山地典型常绿阔叶林植物抗机械胁迫性状的功能形状和抗冰冻的评 价体系，科学评估沿海山地植物-冰冻灾害环境系统相互适应性。

2.筛选出不同立地类型(坡面、坡谷和山顶)的抗雨雪冰冻适生物种，提高物 种个体生存能力，增强群落稳定性和抗干扰能力。

3.优化配置物种与环境的相互适应性，经过幼林抚育、间伐和目标功能树培育， 形成规模化复层混交林，有效解决低山较严酷生境的防护林营造，增加生物多样性， 显著提高生产力。

4.准确选取不同山地防雨雪冰冻的适生植物，营造树种具有抗性强、生长好、 成效高、可操作性强等优点。

具体实施方式

下面结合附表和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施地点位于浙江省宁波市鄞州区天童林场盘山林区，实验时间为2005年2月 至2013年12月。

(1)天童林场盘山林区(29°46’N，121°48’E)，面积91hm²，海拔450m，地 带性土壤为红壤，土层厚薄不一，一般在1m左右，该区地处亚热带中部东端，受 海洋性季风气候影响，温暖湿润，年均气温16.2℃，最冷1月平均温度4.1℃，2008 年2月的最低温为-5℃，年均降水量1386mm，年相对湿度82％。每年7-10月平均 遭受2-3年热带风暴危害。

盘山林区历史上一直是当地居民伐木取薪之地，森林基本砍伐殆尽，植被退化 为荒山和次生灌木。1995年林场接管后，对荒山进行了改造，大面积种植了金钱松、 黑松、马尾松、柳杉、杉木和日本扁柏等人工林。经50多年的抚管，纯大部分人工 林发育为中、近成熟林。近10年间，该类林分曾遭受较大台风和冰冻雨雪灾害，尤 其是2004-2008年的冰冻雨雪灾害对柳杉、杉木林的破坏程度最大，很多大径级柳 杉发生了倒伏或折断，林分结构严重受损。

(3)试验地为该林区7小班的雨雪冰冻受害的柳杉林，坡向东南，坡度15-25， 位于盘山顶端风口位置，迎风面地势开阔，无山丘阻拦，每年台风和寒害袭击来临 时，一般首先受到影响。该柳杉林的林木组成为8柳杉2金钱松的近成熟林，受台 风和寒害的影响，该林分受到严重破坏，尤其是对柳杉的破坏最大。据调查，66％ 的柳杉发生腰折、断干或倒伏，20％的个体断头和大量折技，仅保留了15％比较完 好的个体(150株·hm^-2)。灾后，为使该受灾迹地得到生态恢复，适地适树地造林 将山地立地，按地形地势划分成为坡面、坡谷和山顶3个立地类型。

在宁波市鄞州、北侖沿海山地选择成熟的常绿阔叶林中，每个种类选取典型、 健康的植株3-8株，每株从树冠四周方向依次选取生长旺盛的健康枝条，用高枝剪 将其剪下，选用完好的叶片装入自封袋中，带回实验室内测定叶片功能性状。同时， 对以上取样个体，截取一定断面积的树干，进行树干密度测量。样品带回室后，将 叶片分为2部分，在12h内用去离子水冲洗叶片，并剪成大小相近的正方形。为了 模拟当地的低温，将每份2g样品(3份平均样)分别置于0℃和-5℃条件下进行冷 胁迫处理，1h后加入20ml去离子水，再置摇床震荡2h(80次/min),用电导率仪 测得电导率(R₁)；电导率R₂是样品在20min的恒温水浴之后，冷却至室温测得， 相对电导率＝(R₁/R₂)*100(％)。使用L1-3050C型叶面积仪对另一部分叶片测定叶 面积，然后，将叶片置于80℃的烘箱中48h，烘干至恒重后测定干质量，计标出干 物质含量(％)，最后，利用单位干质量的叶面积反映比叶面积(mm²·mg^-1).枝密 度和树干密度利用排水法测定，每份样品测定3次。在体积测量后，将供试样品置 于烘箱中烘干72h，恒量后测定干质量，计标每个树枝和树干的密度(g·ml^-1),得出 林木功能性状测定的数据。

(4)采用已建立天童区域常绿植物抗雨雪冰冻灾害功能性状数据库，以选择干 材密度、叶片单叶面积、比叶面积、干物质含量、技密度和干材密度作为抗机械胁 性状为评价指标；以叶片电导率和树皮厚度作为抗冰冻性状为评价指标。利用层次 分折法计算出各物种抵抗雨雪冰冻不良环境的相对能力值(IE值)。然后，对所有 物种的IE值排序，并根据IE值出现的频度，排出IE值频度加和值≥80％的物种， 初步筛选出小叶青冈、木荷、红楠、细叶青冈、灰柯和小果冬青作为营造物种。

(5)根据(4)中关于常绿乔木植物的功能性状特征对雨雪冰冻环境的响应，动 态植物生长发育对立地环境的响应，结合天童地区典型常绿阔叶林主要树种组成与 结构特征，再次利用层次分析法筛选出不同立地条件上的优良抗雨雪冰冻乔木植物， 坡面为小叶青冈、木荷、红楠、细叶青冈和小果冬青；坡谷为红楠、小叶青冈、细 叶青冈、木荷和灰柯；山顶为木荷、赤皮青冈、小叶青冈和灰柯生长偏好性物种。 其中小果冬青为落叶阔叶林树种其适应性强，根系发达，繁殖容易，生长快，结实 早，垂直分布在海波600m以下的常绿阔落叶林种，可以成为低山防风防寒地的先 锋树种种植，适宜在地山坡面立地上造林。

(6)在2006年3月，清除大面积的风倒、折断木和长势弱的小径木、清理杂灌， 保留部分自然更新的红楠、青冈、檫木等地带性阔叶优势实生幼树、幼苗，之后， 依据筛选的抗雨雪冰冻优良树种和立地条件，在坡面立地类型中，按照6.5：1：1： 0.5：1的比例种植小叶青冈、木荷、红楠、细叶青冈和小果冬青苗木，初植密度每 公顷7800株；按4：2.5：1：1.5：1的比例在坡谷地段种植红楠、小叶青冈、细叶 青冈、木荷和灰柯，初植密度每公顷8000株；按4：2：1.5：1.5：1的比例在山顶部 位种植木荷、小叶青冈、青冈、细叶青冈、灰柯。

(7)苗木来源一部分是林地内留存的健康茁壮幼树、幼苗；另一部分选用当地 采育的常绿阔叶树种2a生实带泥球壮苗。种植时，按照不规则条状混交营造。穴垦 规模为长×宽×深约为0.5m×0.5m×0.35m；表土回填穴底下部。

(8)造林后，连续3年的6月和9月分别除草、扩穴各1次；第4年6月除草 1次。5年后林分逐渐郁闭，进入林分建群生长阶段。

(9)造林7年，在12月至1月对林分进行1次抚育，间伐优势目标功能树周 围的干扰木、生长势差的林木和贬值物种，清除杂灌，间伐强度≤10％，并结合林木 整枝，每株林木仅保留1个顶端优势的主梢，除去萌生枝条，确保树干健壮生长， 使林分朝复层、混交和稳定的结构发展。

(10)间伐后，林分中功能目树种的单位数量≥95％，各立地小区功能目标树的 乔木与灌层的株数比例坡面为1:5.3；坡谷为1:2.9；山顶为1:5.4，培育天然更新的 幼苗、幼树、形成更新层，使乔木层、灌木层和更新层的结构逐步完整，显示出目 标功能树种重要的群落建造作用。

(11)根据4-9的内容，最终形成天童盘山低山常绿阔叶抗雨雪冰冻林配置与 营林方案，结果如表1所示。

表1盘山不同立地常绿阔叶林防护林植配与营林技术方案